Ein neues Modell des Max-Planck-Instituts für Dynamik und Selbstorganisation (MPI-DS) zeigt, wie nichtlineare, nichtreziproke Wechselwirkungen zwischen Molekülarten zu chaotischen Systemen führen. Die Studie, veröffentlicht von Suropriya Saha und Ramin Golestanian, beschreibt, wie solche Interaktionen die Komplexität lebender Materie besser abbilden und das Verständnis ihrer Organisation vertiefen.
Asymmetrische Wechselwirkungen zwischen Molekülarten prägen die Selbstorganisation lebender Systeme. Wenn Molekülart A von B angezogen wird, B aber A abstößt, entsteht eine Verfolgungsdynamik, die in Modellen lebender Materie häufig vorkommt. Gegenseitige Anziehung oder Abstoßung führt hingegen meist zu statischen Zuständen mit Phasentrennung, ähnlich wie bei Öltropfen in Wasser. Saha und Golestanian erweiterten dieses Modell, indem sie nichtlineare Wechselwirkungen einführten, bei denen sich die Rollen der Molekülarten spontan umkehren können.
Die Nichtlinearität führt zu einem dynamischen und unvorhersehbaren Systemverhalten. Verfolgungsdynamik und Phasentrennung treten gleichzeitig auf, was zu chaotischem Verhalten führt. Dies spiegelt die Vielseitigkeit natürlicher Systeme wider, in denen nichtreziproke Interaktionen die Regel sind. Das Modell ermöglicht eine genauere Beschreibung der komplexen Dynamik, die zur Organisation lebender Materie und letztlich zur Entstehung von Leben beiträgt.
Die Ergebnisse verdeutlichen, wie nichtlineare Wechselwirkungen die Struktur und Funktion biologischer Systeme prägen. Sie bieten neue Einblicke in die Selbstorganisation von Materie und könnten zukünftige Forschung in der Biophysik und synthetischen Biologie inspirieren.
Original Paper:
Effervescence in a binary mixture with nonlinear non-reciprocal interactions | Nature Communications
